1
Additiv tillverkningstekniks potential att inom en snar framtid användas för
att konstruera enfamiljshus
av
Erik Ehrnström Marcus Demir
MG104X Examensarbete inom teknik och management Stockholm, Sverige 2013
2
Sammanfattning:
Vid additiv tillverkning så skapar man en produkt genom att sammanfoga material, till skillnad från traditionella maskinbearbetningsmetoder som är så kallade subtraktiva tillverkningsmetoder där en produkt skapas genom att material tas bort från ett råmaterial. I denna tillverkningsmetoden så utgår man från en CAD-modell av
produkten. Vid produktionen så läser den additiva tillverkningsmaskinen hela tiden av modellens tvärsnitt och lägger på material lager för lager tills produkten är färdig.
Syftet med detta arbete är att undersöka om additiva tillverkningsmetoder kan
användas för att ersätta konventionella byggmetoder vid byggandet av enfamiljshus i framtiden. I arbetet undersöks även i vilken utsträckning som detta kan ske. För att besvara på detta så undersöks, förutom konventionella byggmetoder, även bygge av hus genom att använda prefabricerade byggelement, då detta eventuellt kan vara en konkurrent till de additiva tillverkningsmetoderna. Byggprocessen i vardera
byggmetoden och viktiga aspekter som bör tas hänsyn till granskas för att få ett underlag till en jämförelse mellan för- och nackdelarna hos de olika metoderna. De aspekter som jämförs är följande: Arbetssäkerhetsmässiga, ekonomiska,
miljömässiga, vissa kvalitetsmässiga, tidsmässiga och eventuella begränsande aspekter.
Efter att ha analyserat denna information så dras slutsatsen att det för nuvarande endast finns en additiv tillverkningsmetod som har möjligheten att bygga enfamiljshus inom en snar framtid och den kallas ”Contour Crafting”. Anledningen till detta är att det inte finns någon annan additiv tillverkningsmetod som är utvecklad för storskalig produktion och som anses ha de tekniska möjligheterna att bygga enfamiljshus inom en snar framtid.
Denna additiva tillverkningsmetod anses ha betydande fördelar i många viktiga aspekter jämfört med båda de andra byggmetoderna. Exempelvis så är den
ungefärligen 50 gånger mer tidseffektiv, jämfört med konventionella byggmetoder, på att bygga ett hus från att förarbetet till husgrunden är färdig till att ett omöblerat hus är klart. Arbetets slutsats är att det är tekniskt rimligt att den additiva
tillverkningsmetoden kan bygga enfamiljshus inom en snar framtid och i en stor utsträckning. De faktorer som begränsar denna utsträckning är att metoden inte kan använda lika många olika typer av byggmaterial som de andra metoderna och att den möjligen inte uppfyller olika områdens byggnormer som konventionella byggmetoder och husbygge genom prefabricerade byggelement uppfyller.
Data som används i arbetet kommer från vetenskapliga artiklar, litterära verk, en intervju med en industridoktorand från KTH och en mailkorrespondens med uppfinnaren av Contour Crafting.
3
Abstract:
Additive manufacturing is a process in which a product is created by joining material together, as oppose to traditional machine manufacturing processes which are so called subtractive manufacturing methods where a product is created by removing material form a raw material. In this manufacturing method a CAD-model of the product is created. In the production the additive manufacturing machine constantly reads the models cross section and adds material layer by layer until the product is finished.
The purpose of this work is to examine whether or not additive manufacturing methods can be used to replace conventional building methods when constructing single family houses in the future. In this work it is also examined to what extent this could be possible. To answer this examinations, besides those on conventional methods, are also carried out on a method of building houses with prefabricated building elements, as this could be a potential competitor to the additive
manufacturing methods. The building process of each of the building methods and important aspects that should be taken into account are investigated to give the basis to make a comparison between the pros and the cons of the different methods. The aspects that are compared are as follows: Work safety-related, economical,
environmental, certain qualitative, temporal and potentially limiting aspects.
After analyzing this information a conclusion is made that there is only one additive manufacturing currently has the potential to build single family houses in a near future and this method is called “Contour Crafting”. The reason for this is that there isn't any other additive manufacturing process that is developed for large-scale
production and which is deemed to have the technical possibility to build single family homes in a near future.
This additive manufacturing method is deemed to have substantial benefits in several important aspects in comparison to both the other building methods. For instance it's about 50 times as time efficient, compared to conventional building methods, when it comes to building a house from the point in which the preparatory work of the house foundation is finished to having a complete unfurnished house. The conclusion of this work is that it is technologically possible for the additive manufacturing method to be used to build single family houses in a near future and to a great extent. The factors which limits this extent is that the method can't use as many different types of
building materials as the other methods and that it might not be able to fulfill different areas building codes which conventional building methods and houses built by prefabricated building elements fulfill.
The data that has been used in this work comes from scientific papers, literary works, an interview with an industrial doctoral student from KTH and a mail correspondence with the inventor of Contour Crafting.
4
Förord:
Vi vill tacka de som har hjälpt oss under vår arbetsprocess och medverkat till att vi har fått fördjupade kunskaper inom additiva tillverkningsmetoder, befintliga
byggmetoder och byggbranschen i sin helhet.
Först vill vi tacka vår handledare Lasse Wingård som har hjälpt oss under
arbetsprocessen och gett oss konstruktiv feedback. Vi vill även tacka honom för att han hjälpte oss att komma i kontakt med vår intervjukälla Robert Gerth.
Under intervjun med Robert Gerth så fick vi mycket värdefull information och även generella tips. Detta vill vi tacka honom för. Vi vill tacka Dr. Behrokh Khoshnevis för de svar han gav oss på våra mailfrågor, vilket redde ut vissa frågetecken.
Till sist vill vi tacka Fredrik Allard och Filip Kotsambouikidis för den givande konstruktiva kritik som de gav oss.
5
Innehållsförteckning
Inledning ... 7
Bakgrund om additiv tillverkningsteknik ... 7
Problemformulering ... 9
Syfte och mål ... 9
Avgränsningar ... 10
Metod ... 10
Sätt att närma sig ämnesområdet ... 10
Val av studieobjekt ... 10
Datainsamlingsmetod ... 11
Analysarbetet ... 11
Teorins roll ... 12
Självkritisk granskning ... 12
Husbygge genom konventionella byggmetoder ... 13
Husbygge genom användning av byggmoduler ... 14
Husbygge genom additiv tillverkning ... 15
Hittills genomförda experiment med CC ... 18
Viktiga aspekter att ta hänsyn till vid de olika metoderna för husbygge ... 20
Arbetssäkerhetsmässiga aspekter ... 20
Ekonomiska- och tidsmässiga aspekter Effektivitet ... 21
Korruption ... 22
Arbetskraft och investeringskostnader ... 22
Transport ... 22
Tid på byggplatsen ... 23
Eventuella begränsande aspekter Material ... 23
Byggnormer ... 23
Kvalitetsmässiga aspekter ... 24
Hållfasthet ... 24
Väggytor ... 24
Miljömässiga aspekter ... 24
Materialförluster ... 24
Värmeförluster ... 24
Analys och slutsatser ... 25
6 Byggprocesserna och additiva tillverkningsmetoders rimlighet att bygga enfamiljshus inom en snar
framtid. ... 25
Vilken utsträckning som additiva tillverkningsmetoder kan konkurrera med de andra byggmetoderna ... 26
Slutsats kring frågeställningen ... 29
Reflektioner ... 29
Framtida arbeten ... 30
Referenser ... 31
Bilaga ... 32
Mailkorrespondens med Dr. Behrokh Khoshnevis ... 33
7
Inledning
Vi har länge känt att additiv tillverkning är ett ämne som det hade varit intressant att få en djupare kunskap inom. Vi kände att det hade varit mest intressant att
undersöka dess framtidspotential, då vi har fått uppfattningen av att tekniken kan komma att bli revolutionerande inom flera olika områden som t.ex. inom sjukvården för att printa organ, som logistiklösning vid krigföring, på rymdresor för att printa reservdelar eller genom att använda additiv tillverkning för att bygga hus.
I denna rapport väljer vi att titta närmare på om additiv tillverkning inom en snar framtid (uppskattningsvis inom 15år) kommer att kunna användas för att bygga enfamiljshus och sedan undersöker vi om metoden kan konkurrera med de befintliga byggmetoderna. Med enfamiljshus så menar vi 1-2 våningshus med 150-200
kvadratmeters boyta. En av anledningarna till att vi valde detta användningsområde var att det kändes relevant för vår inriktning då det är en automatiserad process som sker med hjälp av robotar. En annan anledning var att det vid en första anblick
verkade vara en väldigt intressant teknik, som eventuellt kan revolutionera byggandet av hus.
Bakgrund om additiv tillverkningsteknik
Vid additiv tillverkning (AT) så skapar man en produkt genom att sammanfoga material, till skillnad från traditionella maskinbearbetningsmetoder som är så kallade subtraktiva tillverkningsmetoder där en produkt skapas genom att material tas bort från ett råmaterial. Det finns flera olika typer av additiva tillverkningsmetoder som skiljer sig åt genom att de använder olika material och ibland kräver stödmaterial för att skapa produkten [Arcam, 2012].
De som alla dessa metoder har gemensamt är den generella processen som börjar med att en designer skapar en digital tre-dimensionell modell, en så kallad 3D Computer Aided Design modell (3D CAD-modell). CAD-modellen överförs sedan till en additiv tillverkningsmaskin som läser av modellen och använder den som ritning när den tillverkar produkten. Innan tillverkningen påbörjas så ställer man in
maskinens parametrar efter hur man vill skapa produkten som t.ex vilken
lagertjocklek som ska användas. Vid tillverkningen så läser maskinen hela tiden av modellens tvärsnitt och lägger på material lager för lager tills allt material har lagts på. När maskinen är färdig så kan produkten tas bort från maskinen och man kan påbörja eventuella efterbehandlingar som krävs för att få en färdig produkt. Exempel på efterbehandlingar är: Slipning, borttagning av stödmaterial eller målning av
produkten.
Den resulterande produkten blir aldrig precis som CAD-modellen då lagerna som maskinen lägger alltid har en viss tjocklek(Figur 1). Produkten blir mer lik sin CAD-
8 modell ju tunnare lagerna är och den behöver då mindre efterbehandling. Det är en dyrare process att göra en produkt med tunnare lager då det tar längre tid och det kan kräva en dyrare maskin som klarar av att göra de tunnare lagerna.
Figur 1: Den övre bilden visar produktens CAD-modell och de undre bilderna illustrerar hur lagernas tjocklek påverkar hur lik produkten blir sin CAD-modell vid additiv tillverkning.
Vid användandet av andra tillverkningstekniker så behövs det betydligt mer processplanering då man i förväg måste bestämma i vilken ordning olika delar av produkten ska skapas och vilka verktyg som ska användas för att skapa produktens olika geometriska former. Additiva tillverkningsmetoder kan använda stödmaterial för att enkelt göra komplexa geometriska former [Gibson, 2010]. Denna förmåga gör att additiva tillverkningsmetoder är konkurrenskraftiga mot konventionella
tillverkningsmetoder vid tillverkning av geometriskt komplexa produkter.
Idag används additiv tillverkningsteknik för att till exempel producera ortopediska implantat av titan och flygkomponenter av titanlegeringar. Teknologin passar bra till dyra material som titan då den har minimalt materialspill. Den möjliggör även
produktion av individuellt anpassade implantat som hade varit för dyrt och tagit för mycket tid att framställa med konventionella tillverkningsmetoder [Arcam, 2012].
9
Problemformulering
Vår Frågeställning lyder:
”Kan additiva tillverkningsmetoder i framtiden ersätta konventionella byggmetoder vid byggandet av enfamiljshus och i så fall i vilken utsträckning?”
Vi valde att lägga till ”....och i så fall i vilken utsträckning?” till vår initiala frågeställning för att undersöka vilka begränsningar metoden har om det nu visar sig att den bara kan ersätta konventionella byggmetoder i vissa fall.
För att få ett grepp om konkurrerande byggmetoder så valde vi att även undersöka husbygge med prefabricerade byggelement (modulbygge) då dessa kan påverka i vilken utsträckning som additiva tillverkningsmetoder kan ersätta konventionella byggmetoder.
Vi formulerade delfrågor och besvarade dessa löpande i arbetet för att hjälpa oss dra en slutsats om den mer övergripande frågeställningen. Dessa var:
Hur fungerar principerna att bygga enfamiljshus med additiva
tillverkningsmetoder, konventionella byggmetoder respektive prefabricerade byggelement?
Hur långt har de additiva tillverkningsmetoderna kommit idag och vad finns kvar att utveckla?
Vilka för- och nackdelar har respektive metod i aspekter såsom ekonomiska, miljömässiga, arbetssäkerhetsmässiga, kvalitetsmässiga, tidsmässiga och eventuella begränsande aspekter?
Syfte och mål
Syftet med arbetet är att på ett illustrativt och begripligt sätt översiktligt redogöra för de olika metoderna för att sedan kunna gå in på djupet och undersöka och analysera specifika aspekter i vardera metod. Målet är att jämföra additiva tillverkningsmetoder och konventionella byggmetoder vid byggandet av enfamiljshus. Utifrån dessa jämförelser ska vi analysera och argumentera för och emot, huruvida additiv tillverkningsteknik kan vara en lämpligare metod att bygga enfamiljshus med i framtiden och i så fall i vilken utsträckning.
10
Avgränsningar
Vi har avgränsat oss till att i den fortsatta rapporten titta på additiv tillverkning vid konstruktion av enfamiljshus och vi har därmed valt att inte lägga fokus på t.ex.
höghus, lägenhetskomplex och skyskrapor.
Anledningen till att vi avgränsade oss till enfamiljshus är för att det inte finns så mycket information tillgänglig om hur tekniken kan användas för att konstruera större byggnader.
Då vi undersöker de olika byggmetodernas generella byggprocesser så har vi valt att titta på hur byggande av betonghus går till för att enklare kunna jämföra de olika processerna. I resten av rapporten så avgränsar vi oss dock inte till att endast undersöka betong som byggmaterial.
Efter mycket informationssökning så inser vi att vi är tvungna att lägga fokus på själva byggprocessen och inte på förarbete som inkluderar designen och ritningen av huset då det i princip inte finns någon information om detta inom de additiva
tillverkningsmetoderna. Majoriteten av all forskning inom området har fokuserat på byggtekniken.
Metod
Sätt att närma sig ämnesområdet
Då denna rapport handlar om en tekniks framtidspotential så började vi med att undersöka hur tekniken fungerar idag, för att sedan övergå till att undersöka teorier om hur den kan användas i framtiden. Vi tittade även på hur konventionella
byggmetoder och modulbygge används idag och dess framtidspotential.
Val av studieobjekt
För att få fram information om hur additiv tillverkning fungerar så har vi letat efter litterära källor och vi hittade en bok där författarna är forskare inom ämnet. David W Rosen, som är en av de tre författarna till vår källa om additiv tillverkning, är en civilingenjör som aktivt forskar inom området ”Computer Aided Design”(CAD). Som källa till hur tekniken används idag så har vi letat efter information från den befintliga industrin. Vi hittade information från Arcam AB som är ett svenskt bolag inom den additiva tillverkningsindustrin där de tillhandahåller produkter som ortopediska implantat och flygkomponenter.
Vi har sökt information på Google Scholar och KTH:s bibliotek för att hitta vilka teorier det finns om hur additiv tillverkningsteknik kan användas för att bygga hus i framtiden och vilka experiment som har lyckats genomföras idag. Vi har även haft
11 mailkorrespondens med Dr. Behrokh Khoshnevis som är uppfinnaren till en additiv husbyggarmetod som kallas Contour Crafting.
För att få fram information om de andra byggmetoderna så har vi använt litterära källor, vetenskapliga artiklar och en intervju med Robert Gerth, industridoktorand på KTH och anställd hos PEAB(tidigare anställd hos NCC).
När vi har letat efter annan information om aspekter kring byggmetoderna så har vi letat efter information från professionella inom ämnet. Exempel på detta är att statistiken över antalet arbetsplatsolyckor i byggbranschen är tagen från Björn Samuelson som är arbetsmiljöexpert på Sveriges Byggindustrier.
Vi har medvetet valt att använda information från källor som är högst 15 år gammal i jämförelsen av viktiga aspekter. Detta då vi anser att jämförelsen skulle få mindre relevans om äldre källor användes.
Datainsamlingsmetod
För att samla in data från källor så har vi skummat igenom informationen för att se vad som är relevant för vårt arbete. Efter att ha fått en uppfattning av vilka delar som är användbara för oss så har vi läst igenom dessa delar grundligt och sedan har vi själva översatt och strukturerat upp intressant information i punktform för att sedan lätt kunna använda detta i vårt arbete.
Vi har även fått information från en mailkorrespondens och en intervju.
Analysarbetet
Vi har letat efter information om viktiga aspekter vid byggandet av enfamiljshus med additiva tillverkningsmetoder och motsvarande information för konventionella
byggmetoder och metoder med prefabricerade byggelement. I vår analys har vi jämfört de viktiga aspekterna från vardera metod och sedan argumenterat för vilken teknik som kommer att vara fördelaktig att använda vid byggandet av enfamiljshus i framtiden.
Under skrivandet av rapporten så har vi brutit ner frågeställningen i delfrågor som besvaras löpande i olika kapitel. I analysdelen har vi sedan bundit ihop informationen från kapitlen för att utifrån dessa dra slutsatser kring frågeställningen.
I analysen så har vi undersökt de olika aspekterna ur kundens, byggföretagets och samhällets perspektiv.
12
Teorins roll
Då detta är en framtidsteknik så är teorins roll extremt viktig i vår undersökning eftersom allt ännu inte har kunnat bevisas i experiment. Denna information komplimenteras genom information från en genomförd intervju och en mailkorrespondens.
Självkritisk granskning
Vi hade svårt att hitta hur lång tid det tar att bygga ett enfamiljshus med
konventionella byggmetoder då det kan skilja sig åt en väldigt mycket. Efter att ha studerat flera olika källor, jämfört hur lång tid de hävdade att det ungefär tar och diskuterat detta med Roberth Gerth så kom vi fram till en tidsestimering. Denna information är mycket ”mellan tummen och pekfingret”.
I de flesta vetenskapliga artiklarna om additiv tillverkning vid husbygge så har Dr.
Behrokh Khoshnevis varit en av författarna. Anledningen till att Dr. Behrokh är ett återkommande namn i dessa vetenskapliga artiklar är att det är han som ligger i framkanten när det gäller att utveckla metoder för att använda additiv
tillverkningsteknik för att bygga hus. Då artiklarna har skrivits tillsammans med flera andra forskare så har vi valt att använda dessa i vår rapport.
13
Husbygge genom konventionella byggmetoder
Vid användandet av konventionella byggmetoder så börjar man med att gräva bort marken där grunden ska byggas. Man lägger sedan ett lager av grus för att dränera bort vatten och förbereder VVS- (Värme, ventilation och sanitet), el- och
kommunikationsledningarna som ska dras till huset [Gerth, 2013]. När gruset har lagts och alla ledningar är på plats så skapar man en form för grunden och sedan gjuts grunden i betong. Grunden är viktig för att strukturen som man bygger på grunden ska bli stabil [Haji Ali, 2006]. Ett exempel på vad som kan hända när
grunden inte byggs på ett korrekt sätt kan man se om man tittar på det lutande tornet i Pisa (se Figur 2).
Figur 2: Lutande tornet i Pisa lutar på grund av att tornets grund konstruerades felaktigt. Den ena sidan av grunden klarade inte av tornets vikt vilket har resulterat i att tornet nu lutar.
Efter att grunden är färdig så brukar man bygga husets stomme. När man använder sig av betong så använder man sig av formar gjorda av t.ex. plyfa. Plyfaskivorna sätts upp så att de omringar det väggområde som ska gjutas. När skivorna är på plats så kan man armera och lägga in rör. Rören läggs dit så att man ska kunna dra ledningar igenom väggen när den är färdiggjuten. När all eventuell armering och alla rör är på plats i formen så fyller man formen med betong och låter det stelna.
Plyfaskivorna tas sedan bort och en väggsektion är därmed gjuten. Taket byggs på ett liknande sätt. Då används även stålbalkar som fungerar som ett skelett som förstärker taket när det är färdiggjutet i betong.
När väggarna är klara så sätter man in fönster och tätar där det behövs. Väggarna får ojämna ytor och man måste därför efterbehandla väggytorna med spackel.
Avslutningsvis så målas hela huset.
Hela denna byggprocess sker på husets tomt och innefattar en mängd olika
människor i många olika arbetsgrupper. Exempel på arbetsgrupper som krävs på en
14 konventionell byggarbetsplats någon gång under byggprocessen är: Rörmokare, kakel- och klinkerssättare, elektriker, ventilationsmontörer, träsnickare, betongare och målare. Dessa olika arbetsgrupper kommer oftast från olika företag och alltså inte från byggfirman. Det är byggledarens uppgift att koordinera alla dessa
arbetsgrupper från de olika företagen under byggprocessen [Gerth, 2013].
Husbygge genom användning av byggmoduler
Byggmoduler är benämningen på prefabricerade byggelement som mer eller mindre är färdiga då de anländer till byggplatsen [Smith, 2010]. Den generella processen då man bygger hus med byggmoduler är lik den vid användandet av konventionella byggmetoder förutom att det finns vissa väsentliga skillnader. Man bygger fortfarande väggarna, balkarna och taket etcetera på ett liknande sätt, men de byggs i en fabrik istället för på byggplatsen. Man kan även efterbehandla alla ytor i fabriken genom att spackla, måla eller tapetsera om så önskas. När man bygger byggelementen i en fabrik så kan man utföra vissa byggmoment parallellt med varandra genom att använda olika produktionslinor [Gerth, 2013]. Dessa byggelement byggs så att de enkelt kan monteras ihop på plats. När alla element är klara så paketeras dem.
Grunden förbereds sedan som vid konventionella byggmetoder och byggelementen transporteras till byggplatsen. Där lyfts alla byggelement på plats med hjälp av en kran och montering av huset påbörjas (se Figur 3). Efterbehandling av ytorna sker sedan om det inte redan har skett i fabriken. Ur ett effektiviseringsperspektiv så är det generellt sätt bättre att försöka minimera tiden på byggplatsen, vilket med denna metod uppnås genom användningen av prefabricerade byggelement [Smith, 2010].
Figur 3: Väggmoduler lyfts på plats inför montering av betonghus.
15
Husbygge genom additiv tillverkning
Det finns tre typer av additiva tillverkningsmetoder inom storskalig additiv tillverkning.
Dessa är: Contour Crafting, Concrete Printing och D-Shape. Concrete Printing är specialiserat på att skapa saker i storleksordningen möbler och skulpturer med en över måttbegränsning på 5,4m(längd)x4,4m(bredd)x5,4m(höjd). Metoden är även relativt långsam jämfört med Contour Crafting och är ej anpassad för husbygge. D- Shape är den slöaste av de tre metoderna, ytorna blir grova och metoden har stora materialförluster. Denna metod används då det önskas stor designfrihet då den är den bästa metoden för friformsprintning. D-Shape är precis som Concrete Printing ej anpassad för att bygga hus. Det är endast Contour Crafting är som är
specialanpassad för att bygga hus och det är denna metod som har störst
sannolikhet att kunna bygga enfamiljshus inom en snar framtid [Lim, 2011]. Vi väljer att i det fortsatta arbetet endast undersöka Contour Crafting då det är den enda metoden som kan vara relevant för att besvara vår frågeställning.
Contour Crafting (CC) håller på att utvecklas av Dr. Behrokh Khoshnevis som är en ingenjörsprofessor på "University of Southern California" i USA. Han anser att den har potentialen att revolutionera världen.
Det första steget i metoden är att designa en CAD-modell av hela huset. När den digitala modellen är färdig så flyttas produktionen till husets byggplats. Tillbehör till CC kommer i framtiden kunna förbereda husets grund [Khoshnevis, 2013]. CC använder sig av ett slags portalsystem(Figur 4) med en robot som extruderar material. Portalsystemet möjliggör att roboten kan röra sig i x-, y- och z-led vid byggandet av huset. För att portalsystemet ska kunna röra sig i x-led lägger man ut två rälsar parallellt på var sin sida av byggnadsplatsen.
Figur 4: På bilden ser vi hur portalsystemet är kopplat till betongfordonet och bygger huset additivt.
Här har man simulerat byggandet av flera hus efter varandra för effektivisering.
16 Allt material som behövs för byggandet av huset såsom fönsterramar, ledningar, rör och takbalkar måste transporteras till byggplatsen och placeras på rätt plats. När portalsystemet är färdigmonterat och allt material är på sin plats kan bygget påbörjas [Khoshnevis, 2004].
För att minimera byggtiden så har det utvecklats en ny mjukvara som räknar ut hur portalsystemet ska tillverka huset så effektivt som möjligt. Det har demonstrerats att det går upp till 30% snabbare att bygga huset när denna mjukvara optimerar
portalsystems rutt i jämförelse med den tidigare icke-optimerade rutten [Lim, 2011].
Husets väggar skapas genom att betong extruderas ur ett munstycke som hänger från portalen och hela portalsystem börja röra sig enligt mönstret för den optimala byggrutten. Munstycket har två stycken murslevar vid öppningen vars funktion är att forma det extruderade materialet så att det blir en jämn yta. Detta fungerar i princip som när en krukmakare använder sina händer för att forma sin produkt. Användandet av dessa murslevar ger en väldigt god ytkvalité och vinkeln mellan murslevarna kan justeras för att uppnå olika former [Khoshnevis, 2001]. Vissa delar av byggprocessen kan ske parallellt. När en del av väggen är färdig så kan till exempel munstycket fortsätta att bygga på andra väggar medan en annan robot monterar fönsterramar.
Byggandet av husets tak görs genom att man lägger balkar som ett preliminärt tak och sedan förstärker dessa genom att man extruderar betong på dem. Detta sätt används även då man bygger hus med två våningar.
Robotarnas arbete övervakas av operatörer i en kontrollstation på byggplatsen.
Eftersom CC styrs av en dator kan man med precision få de mängder betong man vill ha på de specifika platserna. Därför är det möjligt att ha golv- och väggvärme
integrerad med CC.
Det kommer även vara möjligt att ha förstärkande väggar. Efter munstycket har extruderat ut ett lager med betong så kommer en annan robot att montera dit förstärkande stålkomponenter som en kedja mellan väggkanterna. Sedan kommer munstycket lägga ett lager betong och därefter upprepas processen. På samma sätt fungerar det med förstärkande golv och tak förutom att man istället monterar ett nät av dessa förstärkande stålkomponenter.
Figur 5: Simulering av hur en förstärkt vägg och ett tak byggs genom CC.
17 Man kan även använda sig utav fiberarmerad plast. Fibrerna kan vara gjorda av tex glas eller kol. Det finns flera olika sätt man har tänkt sig bygga förstärkta väggar med fiberarmerad plast. Ett sätt är att det förstärkande materialet kontinuerligt extruderas med betongen. Ett annat sätt är att man har ett munstycke parallellt med munstycket som extruderar betong, som lägger ut fiberarmerad plast.
Läggandet av kakel- och klinkers plattor kan automatiseras. En robotarm kan
leverera plattorna och lägga ett lager klister på väggar och golv. En annan robotarm kan sedan välja brickor från en hög och placera dem på det området som har
behandlats med klister. Dessa robotarmar kan installeras på samma portalsystem.
Figur 6: Simulering av hur plattläggning sker genom CC.
På grund av CC:s precision av extruderingen av betong, så kommer man skapa hål i väggarna för att sedan installera VVS-ledningar. Rören kommer att vara
förbehandlade med en tillsatsmetall på antingen insidan eller utsidan i slutet av rören.
Sedan kommer rören att sättas emot varandra och ett värmeelement kommer värma området så att de två rören sammanfogas (se Fig 7).
El- och kommunikationssystemet kommer att installeras automatiskt. Processen liknar den då man installerar VVS. En robotarm kommer att greppa komponenten och sätta ihop delarna. Den kommer se till att modulen som vägguttaget kommer att monteras ihop med är korrekt positionerad (se Fig 8). Det enda manuella arbete som krävs är att montera vägguttaget in i modulen.
Figur 7: Den”röda ringen” värmer området Figur 8: Montering av vägguttag så att tillsatsmetallen binder ihop rören
18 Det kommer att vara möjligt att måla väggarna medan de byggs och/eller efter de är färdigbyggda. En robot som spraymålar väggarna enligt önskemål kommer att vara monterad på portalsystemet. Roboten kan antingen ha ett spraymunstycke eller en bläckstråleskrivare. Bläckstråleskrivaren ser till att man kan få den tapetdesign man vill ha på väggarna [Khoshnevis, 2004].
Hittills genomförda experiment med CC
Det har redan utförts flera lyckade experiment med Contour Crafting-metoden. Det har byggts ett portalsystem som kan bäras och monteras av några fåtal män. Man har även lyckats ta fram en blandning av betong som kallas för ”smart” betong.
Denna betong är flytande men stelnar snabbt, så att man kan bygga på nästa lager utan att behöva ta pauser för att vänta på att betongen ska stelna. Om man fortsätter bygga utan att betongen har hunnit stelna helt så kan hela väggen rasa [Khoshnevis, 2004].
De första konstruktionsexperimenten gick ut på att bygga en helt rak vägg med betong emellan för att förstärka väggen (se Figur 9), kort därefter lyckades de framställa böjda väggar (se Figur 10) [Lim, 2011]. Portalsystemet har byggt dessa väggar utifrån en CAD-modell som har skickats från en dator. I stort sett kan man redan idag bygga husets alla väggar i experiment, men rör och ledningar måste fortfarande dras igenom väggarna. Man håller nu på att utveckla väggar med hål i sig och tanken är att ledningarna ska kunna dras igenom dem (se Figur 11) [Khoshnevis, 2004].
Figur 9: Rak vägg byggd av CC Figur 10: Böjd vägg Figur 11: Vägg med hål för ledningar
19 I Contour Crafting så har man förutom betong även gjort experiment med gips och med lera som extruderingsmaterial.
Då man använder gips så behöver man montera en värmepistol(500°C) vid munstycket. Denna används för att materialet ska torkas likformigt under
extruderingen. Användandet av gips ger en sämre ytkvalité än då man använder betong och kräver i dagens experiment en efterbehandling, något som i framtiden ej ska behövas.
Med lera som material så behövs det ingen värmepistol, men man behöver använda en trattformad anordning då man fyller extruderingscylindern med lera för att
förhindra att det bildas luftporer i den extruderade produkten vilket annars resulterar i att det kan förekomma luckor mellan vissa delar av de extruderade lagerna
[Khoshnevis, 2001].
Det har hittills inte utförts några experiment på installation av VVS-, el- och
kommunikationsledningar. Man har heller inte testat hur förberedelserna till husets grund kommer att göras med tillbehören till CC [Khoshnevis, 2013].
Man håller nu på att utveckla ett munstycke som ska kunna klara av fullskalig
konstruktion av hus [Khoshnevis, 2001] och den första fullskaliga husprototypen med CC tros vara klar om 2 år [Khoshnevis, 2013].
20
Viktiga aspekter att ta hänsyn till vid de olika metoderna för husbygge
Det finns många aspekter som man måste ta hänsyn till vid husbygge. De aspekter som vi anser vara viktigast och därför väljer att undersöka är:
Arbetssäkerhetsmässiga, ekonomiska, miljömässiga, vissa kvalitetsmässiga, tidsmässiga och eventuellt begränsande aspekter. Detta då vi tycker att det ger en god överblick över respektive metods för- och nackdelar.
Många av dessa aspekter påverkar varandra men nämns endast under sin
huvudsakliga aspekt nedan. Ekonomiska- och tidsmässiga aspekter ansåg vi dock vara så nära relaterade till varandra att vi valde att lägga ihop dessa under en och samma rubrik. I analysdelen av rapporten så går vi igenom hur alla dessa aspekter påverkar varandra mer grundligt.
Arbetssäkerhetsmässiga aspekter
Byggbranschen är en väldigt skadebenägen bransch och även fast den i Sverige har relativt god säkerhet så avled 7 personer i arbetsplatsolyckor inom byggbranschen år 2011. Antal skador under samma år uppgick till 1.886 av totalt cirka 165.000
sysselsatta [Samuelson, 2011].
Att bygga höghus och skyskrapor medför stora risker för byggarbetarna som arbetar på de höga höjderna. De måste klättra och gå på smala stålbalkar, i deras
arbetsuppgifter ingår att skruva ihop balkar som kommer hängandes från kranar. De är därför väldigt utsatta, eftersom minsta felstyrning av kranoperatören kan slå omkull eller skada hantverkarna och deras enda säkerhet är en lina. I både Japan och
Sydkorea har man därför börjat bygga höghus med robotar för att öka produktiviteten, säkerheten och förbättra arbetsmiljön [Chu, 2012].
Då man bygger hus med konventionella metoder så sker majoriteten av byggandet ute på byggplatsen där arbetarna är utsatta för väder och vind, vid modulbygge så sker istället majoriteten av detta byggande inne i en fabrik där de kontrollerade förhållandena ger en säkrare arbetsmiljö [Gerth, 2013]. När man använder Contour Crafting-metoden så är husbygget automatiserad. Då robotarna sköter det mesta av arbetet så lämnar det ett väldigt litet behov av mänsklig arbetskraft på byggplatsen.
21
Ekonomiska- och tidsmässiga aspekter Effektivitet
Effektiviteten hos arbetskraften i byggindustrin hade mellan åren 1964-2000 minskat med 10%, under samma period så ökade industrier utanför byggbranschen
effektiviteten hos sin arbetskraft med över 100% (se Figur 12) [Smith, 2010].
Figur 12: Figuren visar den historiska utvecklingen av den procentuella effektiviteten hos arbetskraften i byggindustrin respektive andra industrier i USA mellan år 1964 och år 2000
Då man har många olika arbetsgrupper som kommer från många olika företag så har är det svårt för byggledaren att ha full kontroll på byggprocessen vilket bidrar till att effektivisering försvåras.
Med modulbyggen så kan processen att producera alla byggelement i en fabrik i förväg och sedan förbereda grunden, montera byggelementen, installera ledningar och måla väggarna på hustomten tidseffektiviseras med 30-40% jämfört med konventionella byggmetoder där i princip allt byggande sker på hustomten. Denna effektivisering är både ett resultat av att byggandet sker inomhus och eftersom man kan ha flera produktionslinor som arbetar parallellt i fabriken så kan man till exempel prefabricera väggarna samtidigt som balkarna. Vid användandet av konventionella byggmetoder så görs allt i en specifik ordning och det uppkommer långa ledtider vilket bidrar till att vissa byggmoment är tvungna att vänta på att andra byggmoment är färdiga innan de kan påbörjas. Effektivisering inom varje byggmoment i
byggbranschen är något som det satsas mycket pengar på och NCC investerade exempelvis miljardbelopp för att effektivisera byggandet av grunden utan att få önskade resultat.Contour Craftings automatiserade process ger byggledaren en större kontroll över produktionskvalité och produktionseffektivitet [Gerth, 2013].
22
Korruption
Korruption är ett stort problem i byggbranschen då det skadar byggprojekts effektivitet, vilket i sin tur kan bidra till förseningar och ekonomiska förluster.
Korruptionen uppkommer på grund av byggprojektens komplexitet med många olika uppgifter och för att det är så många olika arbetsgrupper och individer som är
involverade i dessa uppgifter. Korruption kan ske på alla olika nivåer av byggprojekt, från korruption hos statsanställda vid ansökningar av bygglov till korruption hos byggarbetare på arbetsplatsen. Det sker även ofta andra brottsliga handlingar i samband med korruption som t.ex. utpressning [Nordin, 2011]. Vid konventionella byggen så används många underleverantörer och de i sig har även ofta
underleverantör. Denna situation ger upphov till att det är svårt att ha kontroll över alla led i processen och detta medför risk till korruption [Gerth, 2013].
Arbetskraft och investeringskostnader
Vid konventionella byggmetoder är det ett stort behov av mänsklig arbetskraft med en mängd olika arbetsgrupper involverade. Då modulbygge har effektiviserat så krävs det färre arbetstimmar per arbetare för varje husbygge. CC har automatiserat många av aspekterna vilket minimerar behovet av mänsklig arbetskraft i
byggprocessen och de flesta konventionella arbetsgrupperna behövs därför inte.
Konventionella byggmetoder kräver endast att du har material, verktyg och
arbetskraft. Modulbygge kräver förutom detta även investeringskostnader i en fabrik och man måste förbereda produktionslinor [Gerth, 2013]. Vid användning av CC så behövs det ett portalsystem. Detta portalsystem kommer, enligt metodens grundare, uppskattningsvis att kosta $500k (motsvarande ungefär 3,25 miljoner kronor)
[Khoshnevis, 2013].
Transport
Transport av prefabricerade byggelement medför dyrare transportkostnader då de inte kan paketeras lika volymseffektivt i jämförelse med konventionella byggmetoder då man bara transporterar dit råmaterial som kan paketeras effektivare. Denna extra kostnad för transportering av byggelement kan dock anses vara försumbar i
jämförelse med de logistiska fördelarna som modulbygge bidrar till på byggplatsen [Gerth, 2013].
Det finns i princip ingen information om transport av CC-system, men i de experiment som har gjorts så har portalsystemet kunnat förflyttas och monteras av ett fåtal
personer. Råmaterialet kan transporteras på samma sätt som vid konventionellt byggande.
23
Tid på byggplatsen
Eftersom man kan använda sig av ”smart” betong och robotar i CC-metoden så blir det väldigt få pauser på arbetsplatsen och uppskattningsvis så kommer metoden att kunna konstruera ett ”husskal” på under 24 timmar. Med denna tid menas tiden från att allt är framme på tomten redo att börja konstruera huset och förarbetet till grunden är klart, till dess att alla väggar och tak på huset är konstruerade, alla VVS-, el- och kommunikationsledningar är installerade och väggarna är spraymålade [Khoshnevis, 2004]. Tiden det tar för att få detta resultat med konventionella metoder variera väldigt mycket, men när arbetskraften och materialet väl är på tomten kan man uppskatta att det tar runt 2 månader. Motsvarande tid på byggplatsen vid byggandet av enfamiljshus med modulbygge är ungefär 3 dagar [Gerth, 2013]. Endast 5-15% av byggandet sker på byggplatsen då man använder sig av moduler, resten byggs i förväg inne på fabriken [Smith, 2010].
Eventuella begränsande aspekter
Material
De prefabricerade byggelementen kan skapas av i princip alla de material som konventionella byggmetoder använder. Hus kan med modulbyggesmetoden byggas i alla de tre vanligaste byggmaterialen: betong, trä och stål. Förutom dessa kan man använda andra metaller(t.ex aluminium), keramer, polymerer eller kompositmaterial vilket ger en stor frihet vid valet av material [Smith, 2010].
Contour Crafting kommer förutom betong, gips och lera även kunna använda trä med epoxi [Khoshnevis, 2013]. Man kan även använda lokala material från byggområdet som sand, grus och armeringsfibrer. Dessa kan blandas och användas för
extrudering i CC-processen [Khoshnevis, 2004].
Byggnormer
Byggnormer i olika städer och länder kan variera rejält och med CC så kommer husets byggspecifikationer i framtiden att kunna kontrolleras med de lokala byggnormerna för att undersöka om de uppfyller alla dessa krav. Detta är ännu relativt outvecklat då fokuset har legat på att utveckla byggtekniken [Khoshnevis, 2004]. Mindre byggnader som enfamiljshus har generellt sett betydligt färre byggkrav [Gerth, 2013].
24
Kvalitetsmässiga aspekter
Hållfasthet
Väggarna i CC kan göras i betong och har god hållfasthet(se Figur 13) som kan förbättras ytterligare genom att förstärka väggarna med armering [Khoshnevis, 2004].
Figur 13: En experimentellt skapad vägg med CC
Väggytor
Då man använder murslevar på munstycket i CC så blir ytkvalitén så bra att de inte behöver några extra ytbehandlingar utan ett spraymålningssystem kan integreras med CC för att måla väggarna i önskad färg direkt [Khoshnevis, 2004]. Vid
användning av någon av de andra metoderna så behöver man efterbehandla ytorna innan de är redo att målas.
Miljömässiga aspekter
Materialförluster
Vid husbygge så finns det alltid en viss mängd materialförluster på grund av att man t.ex. kör dit hela gipsskivor som måste måttanpassas där resterna slängs. Det händer även ofta att man kör dit mer material än vad som krävs och vädret kan slita på
materialet när det ligger på byggplatsen, vilket gör att man inte kan använda detta material vid nästa byggprojekt. Detta material blir istället till avfall.
När det kommer till konventionella byggmetoder så kastas ungefär mellan 10-20% av byggmaterialet. Vid modulbyggesmetoden, då bygget sker i en fabrik, så kan man halvera dessa materialförluster [Gerth, 2013].
Värmeförluster
Modulbygge är upp till 80% mer effektiva på att förhindra värmeförluster i huset i jämförelse med konventionella byggmetoder [Smith, 2010]. Anledningen till detta är att husen blir mycket tätare då du använder moduler och du får inte samma skarvar som du får i konventionella byggmetoder när hantverkare bygger väggarna på plats.
Hus byggda med Contour Crafting skulle man kunna likna med en enda stor modul vilket medför att det inte finns några skarvar alls. Det sänker värmeförlusterna ytterligare i huset [Gerth, 2013].
25
Analys och slutsatser
Efter att ha undersökt de olika byggmetodernas byggprocesser och viktiga aspekter kring respektive metod så har vi funnit fördelar och nackdelar med vardera
tillverkningsmetod.
Vi har valt att först analysera de olika byggprocesserna och sedan om den additiva tillverkningsmetoden rimligen kan klara av att bygga enfamiljshus inom en snar framtid. Slutsatserna som vi har dragit från analysen redovisas tillsammans med denna analys. Efter detta så analyserar vi hur de olika byggmetoderna förhåller sig till varandra i viktiga aspekter och analyserar hur dessa påverkar den additiva
tillverkningsmetodens potential att ersätta konventionella byggmetoder vid byggandet av enfamiljshus. Om vi kommer fram till att den har denna potential så argumenterar vi även för i vilken utsträckning som den kan användas för att bygga enfamiljshus genom att analysera om den kan konkurrera med modulbygge och vi redogör för de slutsatser som vi drar.
Vi avslutar med att redovisa en övergripande slutsats kring frågeställningen.
Byggprocesserna och additiva
tillverkningsmetoders rimlighet att bygga enfamiljshus inom en snar framtid.
Efter att ha sökt information om olika storskaliga AT:s-metoder så har vi kommit fram till att det bara finns en metod som rimligen kommer att kunna bygga enfamiljshus inom en snar framtid och det är Contour Crafting.
Metoden verkar i teorin ha tekniska lösningar till alla de byggmoment som krävs för att bygga ett omöblerat enfamiljshus. Det verkar som att man med denna metod sannolikt kommer att kunna bygga alla husets väggar, bygga husets grund, installera alla ledningar, placera alla fönster, bygga husets tak och måla alla ytorna.
Efter att ha undersökt hur långt man har kommit med utförda experiment och vad som fattas innan man kan bygga storskaliga prototyper av enfamiljshus så anser vi att tekniken har stor möjlighet att kunna bygga enfamiljshus inom en snar framtid eftersom vi anser att resonemangen kring hur tekniken kommer att fungerar verkar realistiska och experimenten visar att man är på god väg till att kunna bygga ett hus.
Vi tycker att processen då man bygger hus med prefabricerade byggelement verkar göra den till en intressant konkurrent till konventionella byggmetoder och AT:s- metoder då den har vissa industrialiserande aspekter som att alla byggmoduler byggs i produktionslinor på en fabrik och produktionen av olika byggelement kan ske
26 parallellt. Aspekten att många saker kan ske parallellt tycker vi är intressant då det ger större möjligheter till tidseffektivisering. Denna möjlighet saknas till stor del i konventionella byggmetoder då det är få olika byggmoment som kan ske samtidigt. I den additiva tillverkningsmetoden så verkar väldigt många av byggmomenten ha möjligheten att genomföras samtidigt.
Vår slutsats av detta är att det finns ett större utrymme för tidseffektivisering av byggprocessen vid modulbygge och ett ännu större utrymme för detta då man använder den additiva tillverkningsmetoden jämfört med konventionella
byggmetoder.
Vilken utsträckning som additiva
tillverkningsmetoder kan konkurrera med de andra byggmetoderna
Vi har valt att ta hänsyn till kundens, byggföretagets och samhällets perspektiv i vår analys av de olika metodernas för- och nackdelar. Detta gör vi då vi anser att det är dessa perspektiv som är relevanta för i vilken utsträckning som Contour Crafting kan konkurrera med de andra byggmetoderna.
Att bygga hus med additiva tillverkningsmetoder är betydligt säkrare för människor än att bygga hus med konventionella metoder. Även då arbetarna inte är lika utsatta för väder och vind vid modulbyggen som vid konventionella byggmetoder så finns det fortfarande flera säkerhetsrisker med att t.ex. ha människor nära kranar som lyfter tunga byggelement. Det sker många byggplatsskador i byggbranschen och genom att låta maskiner sköta det farliga jobbet då man använder CC så minskar risken för arbetsskador drastiskt vilket är väldigt värdefullt för arbetarna, byggföretaget och för samhället.
Det är tydligt att det finns utrymme för effektivisering i byggbranschen. Den
procentuella effektiviteten hos arbetskraften har haft en negativ historisk utveckling medan andra industrier har haft en betydligt mer positiv utveckling. Genom att
automatisera byggprocessen så minimeras behovet av arbetskraft och effektiviteten i byggprocessen kan öka betydligt genom att använda robotar. Robotar kan, om de är programmerade och kalibrerade korrekt, utföra arbeten med betydligt större precision än människor och de kan återupprepa arbetsuppgifter gång på gång med samma goda resultat utan att bli trötta. Detta gör att de i princip skulle kunna arbeta utan några pauser alls. Människor däremot tröttnar när de gör monotona arbeten, vilket medför att det kan bli avvikelser på kvalitén på husen och den mänskliga faktorn gör även att det lättare blir byggfel på husen. Contour Crafting tror vi även medför mycket mindre risk för byggfusk då huset helt byggs utifrån en färdigdesignad digital ritning
27 som robotarna är programmerade att följa. Följderna av automatisering ser vi som positiva aspekter för kunden och byggföretaget.
Även då modulbygge kräver betydligt mindre tid på byggplatsen än konventionella byggmetoder så kräver den fortfarande produktionstid i fabriken vilket leder till att den totalt blir 30-40% mer tidseffektiv än konventionella byggmetoder. I kontrast till detta så klarar CC av att producera ett omöblerat hus ungefär 50 gånger snabbare än konventionella byggmetoder. En av flera anledningar till detta är att CC är den enda av dessa metoder där ytorna ej behöver förbehandlas innan målning. Denna
tidseffektivisering leder till att man kan bygga betydligt fler hus under samma tidsram som det tar för konventionella byggmetoder att bygga ett enda. Detta är en aspekt som skiljer sig enormt mellan de olika byggmetoderna. Vi tror att man i framtiden kan använda detta för att relativt snabbt serietillverka hela villaområden, där varje hus skulle kunna vara unikt formad efter kundens önskemål.
Ett resultat av den korta produktionstiden med CC är till exempel att det blir billigare för kunden om den har tagit ett lån för att bygga huset. Istället för att betala ränta på lånet under en lång period, medan huset byggs genom konventionella metoder eller genom modulbygge, så behöver man bara betala räntan under en betydligt kortare period innan man har sin produkt färdig.
Modulbygge har en liten nackdel i att det är dyrare att transportera de färdiga
byggelementen eftersom de inte går att paketera lika effektivt som råmaterial, något som ingen av de andra byggmetoderna berörs av. När man anländer till byggplatsen med färdiga byggelement så har man en större kontroll över byggprocessen vilket löser många logistiska aspekter som konventionella byggmetoder har då
byggprocessen på byggplatsen innefattar en rad olika arbetsgrupper som måste utföra sina arbetsuppgifter i en viss ordning. Med Contour Crafting så förbättras möjligheten till kontroll över byggplatsen genom att operatörer övervakar och
kontrollerar robotarna som sköter allt byggande. Slutsatsen som vi drar från detta är att det finns en betydligt större möjlighet till optimering av specifika delar av
byggprocessen genom att man har en ökad kontroll över byggplatsen med CC- metoden.
Det kommer att krävas betydligt mindre arbetskraft på byggplatsen med CC jämfört med de andra byggmetoderna. Samtidigt så måste de operatörer som är anställda i ett byggföretag som använder CC att ha en annan kompetens än dagens
byggarbetare eftersom de övervakar robotarnas alla olika arbetsuppgifter. Denna kompetens medför säkerligen högre löner hos arbetarna. Om den additiva
tillverkningsmetoden slår igenom i byggbranschen så kommer det att betyda att det krävs mycket färre arbetare inom byggbranschen, något som är negativt ur ett samhällsperspektiv då det blir en minskning av antalet jobb och arbetslösheten kan därmed öka.
Minimala initiala investeringskostnader anser vi vara en fördel med konventionella byggmetoder då det minimerar företagets ekonomiska risk. Vid byggandet av
28 prefabricerade byggelement så behöver du investera i en fabrik och i produktionslinor vilket medför större initiala investering. Det finns inte så mycket information om hur mycket all utrustning som behövs för CC kommer att kosta, men uppskattningsvis så kommer portalsystemet att kosta 3,25 miljoner kronor. Det finns säkerligen andra investeringskostnader då man använder CC, såsom en kontrollcentral för operatören och mjukvara, men utrustningen verkar samtidigt inte vara överdrivet dyr.
Vår slutsats är att de ökade kostnaderna som CC medför i form av ökade löner och större initiala investeringskostnaderna kommer att övervinnas av de ekonomiska fördelarna med CC. Företagen kommer att tjäna på det betydligt minskade behovet av arbetskraft på byggplatsen eftersom det minskar deras driftkostnader. De tjänar även på att konstruktionsprocessen tidseffektiviseras, vilket leder till att byggföretaget snabbt kan börja på nästa byggprojekt. Så fort man lyckas minimerar kostnaderna så ökar det lönsamheten hos företagen. Detta leder till att de kan erbjuda sina produkter till ett billigare pris, något som gynnar kunden.
En nackdel som vi har sett med CC är att metoden endast kan använda vissa material som kan extruderas genom dess munstycke. De material som den kan extrudera är däremot några av de vanligaste typerna av byggmaterial och den kan även använda vissa lokala material från byggplatsen. Vid konventionellt byggande och modulbygge så har man ett väldigt fritt val av material då man bygger hus. Vilket betyder att dessa metoder är mer flexibla när det kommer till material, något som kan vara attraktivt för kunder som vill bygga hus i specifika material. Slutsatsen vi drar är att urvalet av möjliga byggmaterial begränsar den utsträckning som CC kan ersätta konventionella byggmetoder.
Då CC kan använda material från området kring byggplatsen så kan detta vara en väldigt bra metod för byggandet av hus på avlägsna platser där transportkostnaderna för material är betydande och skulle även kunna användas för låg-inkomst hus och eventuellt även nödbostäder då materialet är ”gratis”(kan behöva tillsatsmaterial).
Det är idag svårt att uppskatta vilka byggkrav som husen skapade genom CC kommer att kunna uppfylla. En fördel med de andra byggmetoderna är att det är beprövade och kan uppfylla alla byggkrav. Vi tror att CC kommer att kunna anpassas till att uppfylla många specifika byggkrav, men annars kommer metoden att bli
tvingad att nischas mot områden med passande byggkrav. Även detta anser vi skulle kunna vara något som begränsar i vilken utsträckning som CC kan ersätta
konventionella byggmetoder, men enfamiljshus har inte lika stora byggkrav på sig som större byggnader.
Vid användandet av CC så kommer både företaget och i sin tur kunden tjäna på att materialförlusterna minimeras eftersom ett system styr exakt hur mycket material som ska extruderas och det finns väldigt få möjligheter till materialspill.
Konventionella byggmetoder har betydande materialförluster och även då dessa halveras vid användandet av modulbygge så är kostnaderna för detta ändå
väsentliga. Minimeringen av husets värmeförluster leder till att kundens driftkostnader
29 för huset blir mindre då kostnaden för uppvärmning av huset förminskas drastiskt.
Modulbygge kan behålla värmen i huset 80% mer effektivt än konventionella
byggmetoder och Contour Crafting ytterligare öka denna effektivitet. Med hänsyn till både minimeringen av materialförlusterna och värmeförlusterna så drar vi slutsatsen att CC är den mest miljövänliga metoden, vilket förutom att gynna företaget och kunden även gynnar samhället i form av lägre energiförbrukning.
Slutsats kring frågeställningen
Vår slutsats angående frågeställningen ”Kan additiva tillverkningsmetoder i framtiden ersätta konventionella byggmetoder vid byggandet av enfamiljshus och i så fall i vilken utsträckning?” är att vi tror att den kommer kunna göra det i en mycket stor utsträckning. Vi anser att den ur kundens, byggföretagets och samhällets perspektiv är fördelaktig i nästan alla aspekter jämfört med både konventionella byggmetoder och den konkurrerande modulbyggsmetoden. Det som kommer att begränsa dess utsträckning är främst att CC inte kan använda lika många olika byggmaterial som de andra metoderna och det är inte säkert att CC kan bygga enfamiljshus som kan klara av områdens olika byggkrav.
Reflektioner
En stor fördel som vi ser med dessa additiva tillverkningsmetoder är att det är robotar som sköter allt byggande. Nästan alla produkter som skapas i vårt samhälle är idag skapade av maskiner till exempel våra bilar och datorer. Det känns underligt att maskiner inte skulle kunna ersätta människor även i byggbranschen. Anledningen till att denna bransch inte har utvecklats tidigare tror vi är för att den kräver maskiner och teknik i en betydligt större storleksskala än mindre produkter, men tekniken verkar nu vara nära att klara av detta.
Vår slutsats kring frågeställningen hade eventuellt påverkats om det fanns mer information kring processen där man skapar husets CAD-modell.
Det hade eventuellt kunnat utvecklas en mjukvara lik Tacton Works till husets CAD- modell, vilket hade gjort att utvecklandet av egna CAD-modell till hus hade kunnat bli väldigt användarvänligt. Denna mjukvara skulle kunna kompletteras med information om lokala byggkrav och hade kunnat signalera till utvecklaren om någon aspekt i modellen bröt mot dessa krav eller ej var tekniskt möjliga att genomföra.
En samling av CAD-modeller kan samlas i en databas och utvecklare kan sedan utgå från nedladdade modeller och modifiera dessa efter kundens önskemål.
30 För att CC ska kunna serietillverka många hus under en kort period så kräver detta att man utvecklar logistiklösningar för hur allt material och all utrustning ska
transporteras till rätt plats vid rätt tid.
Automatisering känns som en naturlig utveckling av byggbranschen. CC-metoden kommer förmodligen endast att slå igenom i höginkomstländer till en början, där både byggarbetarnas löner och kraven på säkerhet är höga. I låginkomstländer så kommer CC troligtvis att ha det svårare att konkurrera med den billiga arbetskraft som är tillgänglig och det finns nog inte lika många personer med kompetensen att styra byggprocessen.
Det skrivs mer och mer om additiva tillverkningstekniker i vår vardag. Senaste nyheten om tekniken som vi läste var att den nu kan användas för att printa ut fungerande vapen och det känns som att hela tekniken har en enorm
framtidspotential.
Framtida arbeten
Gå in på djupet på hur additiva tillverkningsmetoder kan användas vid husbygge efter naturkatastrofer eller humanitära katastrofer.
Undersöka hur additiva tillverkningsmetoder kan användas vid byggandet av höghus, lägenhetskomplex och skyskrapor.
Titta på hur additiva tillverkningsmetoder kan komma att användas till att bygga byggnader på månen eller på andra planeter.
